美国科学家制造出电极高性能材料 可提高充电速度车讯
汽车通信在过去的10年间，锂离子电池的研究开发取得了惊人的进步，性能提高了。但是研究中有一个很大的课题，那就是充电速度的提高，如果这个问题得到解决，电动汽车的采用会大大加速。
据国外媒体报道，由“美国博伊西州立大学”（Boise State University）和“加州大学”圣地亚哥分校（University of California San Diego）领导的研究小组以非日常的方式处理了这些问题。美国能源部（DOE、通过利用阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）的资源，研究人员制作出用于电池电极的高性能材料——铌氧化铌（niobium pentoxide）该材料具有新的晶体结构，有望在提供优异存储容量的同时加快充电速度。
图片提供：阿贡国家实验室先生。
在充电过程中，锂离子从正极（阴极）移动到负极（阳极，通常由石墨制成）如果充电速度高，锂金属倾向于沉积在石墨表面。这种反应被称为电镀，常常会降低性能，导致电池短路、过热和起火。
五氧化铌不易发生电镀，可能比石墨更安全耐用。此外，五氧化铌的原子可以布置成许多不同的稳定排列，不需要太多的能量来重新排列。由此，我们可以发现提高电池性能的新结构。
在这项研究中，我们制作了一种以铌为电极材料的纽扣电池。五氧化铌具有无定形结构，即原子的无序排列。如果电池反复充电和放电，这种无序的结构就会变成有序的晶体结构，但这种特殊的结构至今在科学文献中还没有报道。
与无序排列相比，充电过程中锂离子向阳极的转移更容易、更快。这一发现表明这种材料可以快速充电，其他测量还可以储存大量电荷。
阿贡纳米材料中心（CNM）的科学家Yuzi Liu使用透射电子显微镜技术验证了从无定形到晶体的结构转变。在这项技术中，我们从材料样品中发送高能量的电子束，根据与样品的相互作用制作数字图像。这个图像显示了原子排列
Liu说：“电子束聚焦于样品的小区域，因此该技术提供了关于该特定区域的详细信息。”。
高度光子源（APS）物理学家[Hua Zhou]使用同步加速器X射线衍射技术证明了这种结构变化。使高能量的X射线束撞击样品，包括该光束被材料中原子的电子散射。检测器测量这种散射以表征材料的结构。
X射线衍射能有效地提供有关材料样品整体结构变化的信息，有助于研究不同区域结构往往不同的电池电极材料。
Zhou说：“通过在阳极材料上施加各种角度的X射线束，确认了铌的表面和内部均匀结晶。”。
在这项研究中，我们还使用了其他的阿贡实验室装置来表征材料。[0010]材料科学家实验室的电化学发现[003]使用X射线光电子能谱来评估阳极材料。康奈尔将X射线束插入阳极，以一定的能量从阳极发射电子。
Connell说：“这项技术表明，当电池充电时，铌原子将获得多个电子，这表明阳极具有很高的存储容量。”。
阿贡物理学家Sungsik Lee还评估了铌电子的得失。他所使用的是一种X射线吸收光谱技术，它使强大的同步加速器X射线束撞击阳极材料，测量X射线在材料中的透射和吸收。
“这项技术提供了整个阳极的电子状态的全貌，证明了铌获得了多个电子。”Lee说。
以往的合成方法，例如加热或加压材料的合成方法，很难制作高性能结晶化的五氧化铌。本研究采用对电池充电和放电的传统合成方法，可以制作出创新的电池材料。这种方法还可以帮助在其他领域制造新材料，如半导体和催化剂。